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平衡式气体流量计在焦炉煤气计量系统中的应用

时间:2018/04/09来源:未知

本文介绍了焦炉煤气流量计量技术现状,对气体流量技术进行了分析,针对存在问题提出了利用平衡式流量计进行解决的方案,提高检测精度,拓宽了选型范围。

1 引言

焦炉煤气是一种多种气体组成的混合气体,本身具有流速低、密度小的特点,煤气中还含有一定量的残余煤焦油、萘、粉尘、水等杂质,其中萘含量、焦油等含量较高。煤气长距离输送,煤气温度不断降低,气态萘即冷凝析出,由于生产等原因,长期以来无法定期对计量设备进行清洗、清理,焦炉煤气流量计量装置因焦油、萘和其它杂质粘附,通气孔变小,使流量测量装置测量精度得不到保证。公司一直以来沿用的传统的差压式流量计(孔板流量计、均速管流量计)因焦炉煤气自身特点所限,使用结果都不是很理想。近年来结合现场实际情况,我们在焦炉煤气管线上尝试使用了热式流量计、平衡式流量计等不同测量原理的流量计,拓展检测脏污介质的选型范围。

2 存在的问题与分析

2.1 环形孔板的径距取压问题

冬季气温低,焦炉煤气中的焦油、萘等脏污介质粘附在内部测流件上,使测流件和管壁的粗糙度增大,煤气介质的粘性阻力增大,环形孔板和楔形流量计径距取压方式,在动压能和静压能的转换过程中,产生了一个不可忽略不计的附加误差。在煤气测量中设计量程差压常小于1.6 k Pa,而实际运行的差压仅在0.4~1 k Pa之间,如此小的运行差压下再附加一个由于摩擦阻力和粘性阻力产生的差压,对流量的影响就显得非常大。通过对现场流量的数据统计和分析,产生的误差常高达50%左右。

2.2 流量计管段下部脏污物质堆集影响

环型孔板管段下部物质堆集,造成流速分布不对称,产生流场异变,同时减少节流通道面积,使流出系数发生变化。通过对DN=1000 mm管道,脏污物质堆集高度h=100 mm情况进行分析计算,减小流通面积对C值的影响为+17%,而对于流速分布不对称的影响,只能定性的判断为流出系数增加,以上两种影响因素综合影响在+20%左右。如果堆积物更多,影响更大。

2.3 用量波动范围大影响

由于生产单位能源用户使用情况的多变及复杂性,现场存在大管径小流量、低流速运行、量程比宽造成气体系统存在超量程、小流量无法准确计量情况,经常发生变化范围超出了正常测量界限,最大流量与最小流量之间差距较大,小流量时存在漏计,大流量时存在超量程部分流量未计量等现象。根据现场常年现场累计经验,均速管流量计,当差压大于25 Pa时的不确定度为1%,低于25 Pa时将达到5%以上;孔板流量计,当用户量低于30%大于25%时,仪表的不确定度增加0.5%,当用户量低于25%时,不确定度更大,流量测量值明显低于实际值。

3 方案比选

结合现场近几年来安装的各种形式的流量计特点,形成了表1《公司内常用测量气体流量设备性能、参数对比表》。从表1可以看出:平衡式流量计测量精度、重复性等性能稳定、可靠,能适应压力、流量具有一定波动幅度的工况条件。

3.1 平衡式流量计特点

流量测量范围宽:可测流速可以从最小到音速;其最小雷诺数可低于200,最大雷诺数大于1×10;β值可选0.25~0.90。平衡式流量计由于宽雷诺数范围和基本量程比宽,可以实现大量程比精确测量。一般量程比为10:1,可以做到20:1、30:1。

表1 公司内常用测量气体流量设备性能、参数对比    下载原表

表1 公司内常用测量气体流量设备性能、参数对比

耐脏污不易堵:多孔对称的平衡设计,减少了紊流剪切力和涡流的形成,从而大大降低了滞留死区的形成,保证脏污介质顺利通过多个孔,减小了流体孔被堵塞的机会。

直管段要求低:根据GB2624要求传统节流装置安装前后在十几甚至几十个d的直管段,已达到平衡流场的目的,非标的节流装置,最小要求前3d后1d的直管段,而对于现场工艺环境不能满足直管段要求的工况不能很好的测量,平衡式流量计由于流场稳定,且压力恢复比孔板快两倍,大大缩短了对直管段的要求,其前后直管段一般为前2d后2d,最小可以小于0.5d,从而省去大量直管段。

长期稳定性好:由于其紊流剪切力的明显减小,大幅度降低了介质与节流件直接的摩擦,其β值长期保持不变,整个仪表无可动部件,因此可以长期保持稳定性。另外由于具有对称多孔结构特点,能对流场进行平衡,降低了涡流、振动和信号噪声,流场稳定性大大提高,使线性度比孔板提升了5~10倍,重复性提高了54%,为0.15%。

3.2 测量原理

平衡式流量计是一种节流式流量传感器,它采用调整器式的孔板结构,是在标准孔板和流动调整器的基础上改进的一种新型节流式流量传感器,具有平衡整流的显著特征,可用于各种扰动的下游,以最短的直管段敷设提供准确的计量。传统节流装置只有一个流通孔径,节流后使流体失去了理想状态;而平衡式流量计有多个函数孔径,能最大限度地把流场平衡整流成理想流体,从而将差压式流量计的优势发挥的淋漓尽致。

其工作原理与其他差压式流量计一样,都是基于密封管道中的能量转换原理平衡流量,传感器是一个多孔(函数孔)的圆盘节流整流器,安装在管道的截面上,每个孔的尺寸和分布是基于特殊的公式和测试数据而定制的。当流体穿过圆盘的函数孔时,流体将被平衡整流,涡流被最小化,形成近似理想流体,通过取压装置,可获得稳定的差压信号,根据伯努利方程计算出体积流量、质量流量。

4 结论

从现场安装后效果看,平衡式流量计运行稳定、测量准确。平衡式流量计常规产品为管段式,只有在介质全停时才能进行安装,不具备在线安装拆卸的条件,流量阀产品(类似孔板阀),可在线更换节流元件实现多量程检测,测量量程比可达30:1以上。

5 结语

由于平衡式流量计直管段要求低,可测量低流速、量程比大、脏污的气体流量,最大程度的满足了现场实际工况对流量检测设备的要求,可选用在工况流量变化范围大、介质清洁程度差的计量系统中。


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